JP2022538247A - Superconducting interposers for optical conversion of quantum information - Google Patents

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Abstract

量子情報の光変換のためのシステムは、マイクロ波周波数で動作するように構成された複数のデータ量子ビットを含む量子ビット・チップと、量子ビット・チップから離間された変換チップであって、マイクロ波－光周波数変換器を含む変換チップとを含む。本システムは、量子ビット・チップおよび変換チップに結合されたインターポーザであって、内部に複数の超伝導マイクロ波導波路が形成された誘電体材料を含むインターポーザを含む。複数の超伝導マイクロ波導波路は、量子情報を複数のデータ量子ビットから変換チップ上のマイクロ波－光周波数変換器に伝送するように構成されており、マイクロ波－光周波数変換器は、この量子情報をマイクロ波周波数から光周波数に変換するように構成されている。A system for optical conversion of quantum information includes a qubit chip including a plurality of data qubits configured to operate at microwave frequencies, and a conversion chip spaced from the qubit chip, comprising: and a conversion chip containing a wave-to-optical frequency converter. The system includes an interposer coupled to a qubit chip and a conversion chip, the interposer including a dielectric material having a plurality of superconducting microwave waveguides formed therein. A plurality of superconducting microwave waveguides are configured to transmit quantum information from a plurality of data qubits to a microwave-to-optical frequency converter on the conversion chip, which converts the quantum It is configured to convert information from microwave frequencies to optical frequencies.

Description

本発明の現在請求されている実施形態は、量子情報の光変換のためのシステムおよび方法に関し、より詳細には、量子情報の光変換のための超伝導インターポーザに関する。 Presently claimed embodiments of the present invention relate to systems and methods for photoconversion of quantum information, and more particularly to superconducting interposers for photoconversion of quantum information.

超伝導量子ビットは、電磁スペクトルのマイクロ波領域で動作する。マイクロ波周波数では、マイクロ波伝送線路（すなわち、同軸ケーブル、プリント回路板のストリップ線路）は、損失が非常に大きい（約１ｄＢ／フィートの減衰）。これらの損失は、量子情報が遠くに輸送されるのを妨げる。例えば、損失は、量子情報がマイクロ波伝送線路を使用して希釈冷却機環境の外に輸送されることを妨げる。光変換は、マイクロ波の光子を光の周波数（すなわち、通信範囲約１５５０ｎｍ）に変換する。電磁スペクトルのこの領域では、光子は、光ファイバまたは自由空間を通って実質的に無損失（約０．２ｄＢ／ｋｍ）で伝搬することができる。しかしながら、量子ビットおよび光変換器の材料と動作は、多くの場合互換性がない。 Superconducting qubits operate in the microwave region of the electromagnetic spectrum. At microwave frequencies, microwave transmission lines (ie, coaxial cables, printed circuit board striplines) are very lossy (approximately 1 dB/ft attenuation). These losses prevent quantum information from being transported over long distances. For example, loss prevents quantum information from being transported out of the dilution chiller environment using microwave transmission lines. Optical conversion converts microwave photons to the frequency of light (ie, a communication range of approximately 1550 nm). In this region of the electromagnetic spectrum, photons can propagate virtually losslessly (approximately 0.2 dB/km) through optical fibers or free space. However, the materials and operations of qubits and optical converters are often incompatible.

したがって、当技術分野では、前述の問題に対処する必要がある。 Therefore, there is a need in the art to address the aforementioned issues.

第１の態様から見ると、本発明は、マイクロ波周波数で動作するように構成された複数のデータ量子ビットを含む量子ビット・チップと、前記量子ビット・チップから離間された変換チップであって、マイクロ波－光周波数変換器を備える変換チップと、前記量子ビット・チップおよび前記変換チップに結合されたインターポーザであって、内部に複数の超伝導マイクロ波導波路が形成された誘電体材料を含む、インターポーザと、を備え、前記複数の超伝導マイクロ波導波路が、量子情報を前記複数のデータ量子ビットから前記変換チップ上のマイクロ波－光周波数変換器に伝送するように構成され、前記マイクロ波－光周波数変換器が、前記量子情報を前記マイクロ波周波数から光周波数に変換するように構成されている、量子情報の光変換のためのシステムを提供する。 Viewed from a first aspect, the invention provides a qubit chip including a plurality of data qubits configured to operate at microwave frequencies, and a conversion chip spaced from said qubit chip, comprising: , a converter chip comprising a microwave-to-optical frequency converter, and an interposer coupled to said qubit chip and said converter chip, said interposer comprising a dielectric material having a plurality of superconducting microwave waveguides formed therein. , an interposer, the plurality of superconducting microwave waveguides configured to transmit quantum information from the plurality of data qubits to a microwave-to-optical frequency converter on the conversion chip; - providing a system for optical conversion of quantum information, wherein an optical frequency converter is arranged to convert said quantum information from said microwave frequency to an optical frequency;

さらなる態様から見ると、本発明は、マイクロ波周波数で動作するように構成された複数のデータ量子ビットを含む量子ビット・チップを提供することと、量子情報を前記複数のデータ量子ビットから、前記量子ビット・チップから離間された変換チップに転送することであって、前記変換チップがマイクロ波－光周波数変換器を備える、転送することと、前記量子ビット・チップと前記変換チップとの間に配置された誘電体インターポーザを使用して、前記複数のデータ量子ビットを迷光場から遮蔽しながら、前記量子情報のマイクロ波－光周波数変換を実行することと、前記量子情報を光周波数信号として出力することと、を含む、量子情報の光変換を実行するための方法を提供する。 Viewed from a further aspect, the present invention provides a qubit chip including a plurality of data qubits configured to operate at microwave frequencies; extracting quantum information from the plurality of data qubits to the transferring to a conversion chip spaced from a qubit chip, said conversion chip comprising a microwave-to-optical frequency converter; and between said qubit chip and said conversion chip. performing microwave-to-optical frequency conversion of the quantum information while shielding the plurality of data qubits from stray light fields using an arranged dielectric interposer; and outputting the quantum information as an optical frequency signal. A method is provided for performing optical conversion of quantum information, comprising:

さらなる態様から見ると、本発明は、封じ込め容器を備える真空下の冷却システムと、本発明のシステムを備え、システムは封じ込め容器によって画定された冷却真空環境内に収容されている、量子コンピュータを提供する。 Viewed from a further aspect, the invention provides a cooling system under vacuum comprising a containment vessel, and a quantum computer comprising the system of the invention, the system being housed within a cooled vacuum environment defined by the containment vessel. do.

さらなる態様から見ると、本発明は、封じ込め容器を備える真空下の冷却システムと、前記封じ込め容器によって画定された冷却真空環境内に収容された量子ビット・チップであって、マイクロ波周波数で動作するように構成された複数のデータ量子ビットを含む量子ビット・チップと、前記封じ込め容器によって画定された冷却真空環境内に収容された変換チップであって、前記量子ビット・チップから離間され、マイクロ波－光周波数変換器を備える変換チップと、前記封じ込め容器によって画定された冷却真空環境内に収容され、前記量子ビット・チップおよび前記変換チップに結合されたインターポーザであって、内部に複数の超伝導マイクロ波導波路が形成された誘電体材料を含むインターポーザと、を備え、前記複数の超伝導マイクロ波導波路が、量子情報を前記複数のデータ量子ビットから前記変換チップ上の前記マイクロ波－光周波数変換器に伝送するように構成されており、前記マイクロ波－光周波数変換器が、前記量子情報を前記マイクロ波周波数から光周波数に変換するように構成されている、量子コンピュータを提供する。 Viewed from a further aspect, the present invention provides a cooling under vacuum system comprising a containment vessel and a qubit chip housed within a cooled vacuum environment defined by said containment vessel and operating at microwave frequencies. and a conversion chip housed within a cooled vacuum environment defined by said containment vessel, spaced apart from said qubit chip and exposed to microwave - a conversion chip comprising an optical frequency converter and an interposer housed in a cooled vacuum environment defined by said containment vessel and coupled to said qubit chip and said conversion chip, wherein a plurality of superconductors are contained therein; an interposer comprising a dielectric material having microwave waveguides formed thereon, the plurality of superconducting microwave waveguides converting quantum information from the plurality of data qubits to the microwave-to-optical frequency conversion on the conversion chip. and wherein the microwave-to-optical frequency converter is configured to convert the quantum information from the microwave frequency to an optical frequency.

本発明の一実施形態によると、量子情報の光変換のためのシステムは、マイクロ波周波数で動作するように構成された複数のデータ量子ビットを含む量子ビット・チップと、量子ビット・チップから離間された変換チップであって、マイクロ波－光周波数変換器を含む変換チップと、を含む。本システムは、量子ビット・チップおよび変換チップに結合されたインターポーザであって、内部に複数の超伝導マイクロ波導波路が形成された誘電体材料を含むインターポーザを含む。複数の超伝導マイクロ波導波路は、量子情報を複数のデータ量子ビットから変換チップ上のマイクロ波－光周波数変換器に伝送するように構成されており、マイクロ波－光周波数変換器は、量子情報をマイクロ波周波数から光周波数に変換するように構成されている。 According to one embodiment of the present invention, a system for optical conversion of quantum information includes a qubit chip including a plurality of data qubits configured to operate at microwave frequencies; a converted conversion chip, the conversion chip including a microwave-to-optical frequency converter. The system includes an interposer coupled to a qubit chip and a conversion chip, the interposer including a dielectric material having a plurality of superconducting microwave waveguides formed therein. A plurality of superconducting microwave waveguides are configured to transmit quantum information from the plurality of data qubits to a microwave-to-optical frequency converter on the conversion chip, the microwave-to-optical frequency converter transmitting the quantum information. from microwave frequencies to optical frequencies.

本発明の一実施形態によると、量子情報の光変換を実行する方法は、マイクロ波周波数で動作するように構成された複数のデータ量子ビットを含む量子ビット・チップを提供することと、量子情報を複数のデータ量子ビットから、量子ビット・チップから離間された変換チップであって、マイクロ波－光周波数変換器を含む変換チップに転送することと、を含む。本方法は、量子ビット・チップと変換チップとの間に配置された誘電体インターポーザを使用して、複数のデータ量子ビットを迷光場から遮蔽しながら、量子情報のマイクロ波－光周波数変換を実行することと、量子情報を光周波数信号として出力することとを含む。 According to one embodiment of the present invention, a method of performing optical conversion of quantum information includes providing a qubit chip including a plurality of data qubits configured to operate at microwave frequencies; from the plurality of data qubits to a conversion chip spaced from the qubit chip, the conversion chip including a microwave-to-optical frequency converter. The method uses a dielectric interposer placed between a qubit chip and a conversion chip to shield multiple data qubits from stray light fields while performing microwave-to-optical frequency conversion of quantum information. and outputting the quantum information as an optical frequency signal.

本発明の一実施形態によると、量子コンピュータは、封じ込め容器を備える真空下の冷却システムと、封じ込め容器によって画定された冷却真空環境内に収容された量子ビット・チップであって、マイクロ波周波数で動作するように構成された複数のデータ量子ビットを含む量子ビット・チップとを含む。本システムは、封じ込め容器によって画定された冷却真空環境内に収容された変換チップであって、量子ビット・チップから離間され、マイクロ波－光周波数変換器を含む変換チップをさらに含む。本システムは、封じ込め容器によって画定された冷却真空環境内に収容され、量子ビット・チップおよび変換チップに結合された、インターポーザであって、内部に複数の超伝導マイクロ波導波路が形成された誘電体材料を含むインターポーザを含む。複数の超伝導マイクロ波導波路は、量子情報を複数のデータ量子ビットから変換チップ上のマイクロ波－光周波数変換器に伝送するように構成されており、マイクロ波－光周波数変換器は、量子情報をマイクロ波周波数から光周波数に変換するように構成されている。 According to one embodiment of the present invention, a quantum computer is a cooling system under vacuum comprising a containment vessel, and a qubit chip housed within a cooled vacuum environment defined by the containment vessel, wherein the quantum computer comprises: and a qubit chip including a plurality of data qubits configured to operate. The system further includes a conversion chip housed within a cooled vacuum environment defined by the containment vessel, spaced apart from the qubit chip, and including a microwave-to-optical frequency converter. The system comprises a dielectric interposer having a plurality of superconducting microwave waveguides formed therein, housed within a cooled vacuum environment defined by a containment vessel and coupled to a qubit chip and a conversion chip. It includes an interposer that includes materials. A plurality of superconducting microwave waveguides are configured to transmit quantum information from the plurality of data qubits to a microwave-to-optical frequency converter on the conversion chip, the microwave-to-optical frequency converter transmitting the quantum information. from microwave frequencies to optical frequencies.

ここで、本発明は、以下の図に示されるような好ましい実施形態を参照して、例としてのみ説明される。 The invention will now be described, by way of example only, with reference to preferred embodiments as shown in the following figures.

本発明の一実施形態による、量子情報の光変換のためのシステムの概略図である。1 is a schematic diagram of a system for optical conversion of quantum information, according to one embodiment of the present invention; FIG. 本発明の一実施形態による変換チップの概略図である。1 is a schematic diagram of a conversion chip according to one embodiment of the present invention; FIG. 本発明の一実施形態による量子ビット・チップの概略図である。1 is a schematic diagram of a qubit chip according to one embodiment of the present invention; FIG. 本発明の一実施形態によるインターポーザの概略図である。1 is a schematic diagram of an interposer according to one embodiment of the present invention; FIG. 本発明の一実施形態による、図２Ａの変換チップおよび図２Ｂの量子ビット・チップに結合された図２Ｃのインターポーザの概略図である。2C is a schematic diagram of the interposer of FIG. 2C coupled to the conversion chip of FIG. 2A and the qubit chip of FIG. 2B, according to one embodiment of the present invention; FIG. ２つの変換量子ビットを含む変換チップの概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram of a transform chip containing two transform qubits; 本発明の一実施形態によるインターポーザの概略図である。1 is a schematic diagram of an interposer according to one embodiment of the present invention; FIG. 図３Ａの変換チップおよび量子ビット・チップに結合された図３Ｂのインターポーザの概略図である。3B is a schematic diagram of the interposer of FIG. 3B coupled to the conversion chip and qubit chip of FIG. 3A; FIG. インターポーザの同じ表面に結合された量子ビット・チップおよび変換チップの概略図である。FIG. 2B is a schematic diagram of a qubit chip and a conversion chip coupled to the same surface of an interposer; 量子情報の光変換を実行するための方法を示す流れ図である。1 is a flow diagram illustrating a method for performing optical conversion of quantum information; 本発明の一実施形態による量子コンピュータの概略図である。1 is a schematic diagram of a quantum computer according to an embodiment of the invention; FIG.

図１は、本発明の一実施形態による、量子情報の光変換のためのシステム１００の概略図である。システム１００は、マイクロ波周波数で動作するように構成された複数のデータ量子ビット１０４、１０６、１０８を含む量子ビット・チップ１０２を含む。システム１００は、量子ビット・チップ１０２から離間された変換チップ１１０を含む。変換チップ１１０は、マイクロ波－光周波数変換器を含む（図１には図示せず、図２Ａ参照）。システム１００は、量子ビット・チップ１０２および変換チップ１１０に結合されたインターポーザ１１２を含む。インターポーザ１１２は、内部に複数の超伝導マイクロ波導波路１１６、１１８、１２０が形成された誘電体材料１１４を含む。複数の超伝導マイクロ波導波路１１６、１１８、１２０は、量子情報を複数のデータ量子ビット１０４、１０６、１０８から変換チップ１１０上のマイクロ波－光周波数変換器に伝送するように構成されている。マイクロ波－光周波数変換器は、量子情報をマイクロ波周波数から光周波数に変換するように構成されている。図１の実施形態は、特定の数のデータ量子ビット、マイクロ波－光周波数変換器、および超伝導マイクロ波導波路を有する例を示すが、本発明の実施形態は、これらの特定の数に限定されない。本発明の実施形態は、より多くのまたはより少ないデータ量子ビット、マイクロ波－光周波数変換器、および超伝導マイクロ波導波路を含むことができる。 FIG. 1 is a schematic diagram of a system 100 for optical conversion of quantum information, according to one embodiment of the present invention. System 100 includes a qubit chip 102 that includes a plurality of data qubits 104, 106, 108 configured to operate at microwave frequencies. System 100 includes a conversion chip 110 spaced from qubit chip 102 . Conversion chip 110 includes a microwave-to-optical frequency converter (not shown in FIG. 1, see FIG. 2A). System 100 includes interposer 112 coupled to qubit chip 102 and conversion chip 110 . Interposer 112 includes a dielectric material 114 having a plurality of superconducting microwave waveguides 116, 118, 120 formed therein. A plurality of superconducting microwave waveguides 116 , 118 , 120 are configured to transmit quantum information from a plurality of data qubits 104 , 106 , 108 to microwave-to-optical frequency converters on conversion chip 110 . A microwave-to-optical frequency converter is configured to convert quantum information from microwave frequencies to optical frequencies. Although the embodiment of FIG. 1 shows an example with specific numbers of data qubits, microwave-to-optical frequency converters, and superconducting microwave waveguides, embodiments of the present invention are limited to these specific numbers. not. Embodiments of the invention can include more or fewer data qubits, microwave-to-optical frequency converters, and superconducting microwave waveguides.

本発明の一実施形態によると、マイクロ波－光周波数変換器は、量子情報を光周波数からマイクロ波周波数に変換するようにさらに構成され、複数の超伝導マイクロ波導波路１１６、１１８、１２０は、量子情報を変換チップ上のマイクロ波－光周波数変換器から複数のデータ量子ビット１０４、１０６、１０８に伝送するように構成されている。 According to one embodiment of the present invention, the microwave-to-optical frequency converter is further configured to convert quantum information from optical frequencies to microwave frequencies, wherein the plurality of superconducting microwave waveguides 116, 118, 120 are: It is configured to transmit quantum information from a microwave-to-optical frequency converter on the conversion chip to a plurality of data qubits 104,106,108.

図１に示すように、本発明の一実施形態によるインターポーザ１１２は、第１の表面１２２と、第１の表面１２２の反対側の第２の表面１２４とを含む。量子ビット・チップ１０２は、インターポーザ１１２の第１の表面１２２に結合され、変換チップ１１０は、インターポーザ１１２の第２の表面１２４に結合されている。 As shown in FIG. 1, an interposer 112 according to one embodiment of the invention includes a first surface 122 and a second surface 124 opposite the first surface 122 . Qubit chip 102 is coupled to first surface 122 of interposer 112 and conversion chip 110 is coupled to second surface 124 of interposer 112 .

本発明の一実施形態によると、量子ビット・チップは、インターポーザに結合されている。図１では、量子ビット・チップ１０２は、複数のはんだバンプ１２６、１２８、１３０を使用してインターポーザ１１２に結合されている。はんだバンプ１２６、１２８、１３０は、超伝導マイクロ波導波路１１６、１１８、１２０に直接結合されてもよく、データ量子ビット１０４、１０６、１０８に容量結合されてもよい。はんだバンプは、超伝導材料から形成されてもよいが、本発明の実施形態は、超伝導材料から形成されたはんだバンプに限定されない。はんだバンプの材料の一例は、インジウムである。本発明の実施形態は、図１に示す例に示されるはんだバンプの数に限定されない。 According to one embodiment of the invention, a qubit chip is coupled to an interposer. In FIG. 1, qubit chip 102 is coupled to interposer 112 using a plurality of solder bumps 126,128,130. Solder bumps 126 , 128 , 130 may be directly coupled to superconducting microwave waveguides 116 , 118 , 120 and may be capacitively coupled to data qubits 104 , 106 , 108 . The solder bumps may be formed from superconducting material, although embodiments of the present invention are not limited to solder bumps formed from superconducting material. One example of a solder bump material is indium. Embodiments of the present invention are not limited to the number of solder bumps shown in the example shown in FIG.

本発明の一実施形態によると、変換チップは、インターポーザに結合されている。図１では、変換チップ１１０は、複数のはんだバンプ１３２、１３４、１３６を使用してインターポーザ１１２に結合されている。はんだバンプ１３２、１３４、１３６は、マイクロ波－光周波数変換器を超伝導マイクロ波導波路１１６、１１８、１２０に結合する。本発明の一実施形態によるシステム１００は、複数の量子ビット・チップおよび変換チップを含むことができる。量子ビット・チップおよび変換チップは、単一のインターポーザまたは複数のインターポーザに接合されてもよい。 According to one embodiment of the invention, the conversion chip is coupled to the interposer. In FIG. 1, converter chip 110 is coupled to interposer 112 using a plurality of solder bumps 132 , 134 , 136 . Solder bumps 132 , 134 , 136 couple the microwave-to-optical frequency converters to superconducting microwave waveguides 116 , 118 , 120 . A system 100 according to one embodiment of the present invention may include multiple qubit chips and conversion chips. The qubit chip and conversion chip may be bonded to a single interposer or multiple interposers.

本発明の一実施形態によるシステムは、量子情報を超伝導量子ビット・チップから、誘電体インターポーザに埋め込まれた超伝導導波路を介して、光変換を実行するチップに転送することを可能にする。本システムは、変換チップ上に配置されたマイクロ波－光変換器によって生成される迷光場を、パッケージング・ソリューションを介して超伝導量子ビット・チップ上のデータ量子ビットから分離する。すなわち、データ量子ビットを１つのチップ上に形成することができ、一方、マイクロ波－光変換器を別のチップ上に形成することができる。したがって、材料処理工程が量子ビット・チップと光変換チップとの間で分離される。量子ビット・チップ上のデータ量子ビットは、量子ビットのコヒーレンスを最適化する材料およびプロセスを使用して製造することができる。一方、変換チップは、データ量子ビットの品質に影響を与えることなく、マイクロ波－光変換を容易にする材料およびプロセスを使用して製造することができる。 A system according to one embodiment of the present invention enables quantum information to be transferred from a superconducting qubit chip through a superconducting waveguide embedded in a dielectric interposer to a chip that performs light conversion. . The system separates the stray light field generated by a microwave-to-light converter located on the conversion chip from the data qubits on the superconducting qubit chip through a packaging solution. That is, data qubits can be formed on one chip, while microwave-to-optical converters can be formed on another chip. Thus, the material processing steps are separated between the qubit chip and the light conversion chip. The data qubits on the qubit chip can be manufactured using materials and processes that optimize the coherence of the qubits. Conversion chips, on the other hand, can be fabricated using materials and processes that facilitate microwave-to-light conversion without affecting the quality of the data qubits.

本システムはまた、変換チップ上に量子ビットを含むことができる。この場合、量子ビット・チップは、高品質の量子ビットを有することができるが、変換チップ上の量子ビットは、１０ｎｓ～１μｓの範囲の変換時間よりも長い寿命を有していればよい。さらに、変換チップを形成するのに有用である可能性がある電気光学材料または圧電材料などの基板は、多くの場合、量子ビットの高寿命と両立しない。また、変換基板としてしばしば使用されるシリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）上に長寿命の量子ビットを製造することも困難である。ＳＯＩ上に形成された量子ビットは、しばしば、３μｓのオーダのＴ１およびＴ２時間を有する。複数のリソグラフィ工程などの、マイクロ波－光変換器を形成するのに有用な処理技術は、接合アニーリングまたは２レベルシステムの導入あるいはその両方（すなわち、誘電損失）に起因して量子ビットの寿命を低下させる可能性がある。データ量子ビットとマイクロ波－光変換器を異なるチップ上に分離することによって、最適な処理技術を使用して、各チップおよびその上に含まれる構造体を形成することができる。 The system can also include qubits on the conversion chip. In this case, the qubit chips can have high quality qubits, but the qubits on the conversion chip need only have a lifetime longer than the conversion time in the range of 10 ns to 1 μs. Furthermore, substrates such as electro-optic or piezoelectric materials that may be useful for forming transducing chips are often incompatible with high qubit lifetimes. It is also difficult to fabricate long-lived qubits on silicon-on-insulator (SOI), which is often used as a conversion substrate. Qubits formed on SOI often have T1 and T2 times on the order of 3 μs. Processing techniques useful for forming microwave-to-light converters, such as multiple lithography steps, reduce qubit lifetimes due to junction annealing and/or introduction of two-level systems (i.e., dielectric loss). may decrease. By separating the data qubits and microwave-to-optical converters on different chips, optimal processing techniques can be used to form each chip and the structures contained thereon.

本発明の一実施形態によると、マイクロ波－光周波数変換器は、光周波数領域で動作するように構成されたデバイスに結合されたマイクロ波導波路を備える。図２Ａは、変換チップ２００の概略図である。変換チップ２００は、光周波数領域で動作するように構成されたデバイス２０６に結合されたマイクロ波導波路２０４を含むマイクロ波－光周波数変換器２０２を含む。デバイス２０６は、例えば、リング、楕円、レース・トラック、または二重の８の字形の形状の光共振器であってもよい。デバイス２０６は、例えば、バルク音響波共振器、機械的カプラ、または膜であってもよい。変換チップ２００はまた、デバイス２０６に結合された光ポンプ線路２０８を含むことができる。光ポンプ線路２０８は、量子情報を光周波数信号として伝送するように構成されている。 According to one embodiment of the invention, a microwave-to-optical frequency converter comprises a microwave waveguide coupled to a device configured to operate in the optical frequency domain. FIG. 2A is a schematic diagram of a conversion chip 200. As shown in FIG. Conversion chip 200 includes a microwave-to-optical frequency converter 202 including a microwave waveguide 204 coupled to a device 206 configured to operate in the optical frequency domain. Device 206 may be, for example, a ring, ellipse, race track, or double figure-eight shaped optical cavity. Device 206 may be, for example, a bulk acoustic wave resonator, a mechanical coupler, or a membrane. Conversion chip 200 may also include an optical pump line 208 coupled to device 206 . Optical pump line 208 is configured to transmit quantum information as an optical frequency signal.

図２Ｂは、本発明の一実施形態による量子ビット・チップ２１２の概略図である。量子ビット・チップ２１２は、マイクロ波周波数で動作するように構成されたデータ量子ビット２１４を含む。 FIG. 2B is a schematic diagram of a qubit chip 212 according to one embodiment of the invention. Qubit chip 212 includes data qubits 214 configured to operate at microwave frequencies.

図２Ｃは、本発明の一実施形態によるインターポーザ２１６の概略図である。インターポーザ２１６は、内部に超伝導マイクロ波導波路２２０が形成された誘電体材料２１８を含む。本発明の一実施形態によると、誘電体材料２１８は、例えば、プリント回路板、有機ラミネート、シリコン・チップ、セラミック、ＦＲ－４などのガラス強化エポキシ・ラミネート材料、デュロイド、またはポリエーテル・エーテル・ケトン（ＰＥＥＫ）のうちの１つもしくは複数を含む。本発明の一実施形態によると、超伝導マイクロ波導波路２２０は、例えば、ニオブ、アルミニウム、スズ、電気めっきレニウム、またはインジウムのうちの１つもしくは複数から形成されてもよい。 FIG. 2C is a schematic diagram of an interposer 216 according to one embodiment of the invention. Interposer 216 includes dielectric material 218 having superconducting microwave waveguide 220 formed therein. According to one embodiment of the present invention, dielectric material 218 is, for example, a printed circuit board, an organic laminate, a silicon chip, a ceramic, a glass reinforced epoxy laminate material such as FR-4, duroid, or a polyether ether. including one or more of ketones (PEEK). According to one embodiment of the invention, superconducting microwave waveguide 220 may be formed from one or more of, for example, niobium, aluminum, tin, electroplated rhenium, or indium.

図２Ｄは、本発明の一実施形態による、変換チップおよび量子ビット・チップに結合されたインターポーザの概略図である。超伝導マイクロ波導波路２２０は、量子情報をデータ量子ビット２１４から変換チップ上のマイクロ波－光周波数変換器２０２に伝送するように構成されている。図２Ｂおよび図２Ｄは、単一のデータ量子ビット２１４を有する量子ビット・チップを示しているが、本発明の実施形態による量子ビット・チップは、複数のデータ量子ビットを含むことができる。図２Ｃおよび図２Ｄは、単一の超伝導マイクロ波導波路２２０を有するインターポーザを示しているが、本発明の実施形態によるインターポーザは、複数の超伝導マイクロ波導波路を含むことができる。 FIG. 2D is a schematic diagram of an interposer coupled to a conversion chip and a qubit chip, according to one embodiment of the present invention. Superconducting microwave waveguide 220 is configured to transmit quantum information from data qubits 214 to microwave-to-optical frequency converter 202 on the conversion chip. Although FIGS. 2B and 2D show a qubit chip with a single data qubit 214, qubit chips according to embodiments of the invention can include multiple data qubits. Although FIGS. 2C and 2D show an interposer with a single superconducting microwave waveguide 220, interposers according to embodiments of the invention can include multiple superconducting microwave waveguides.

本発明の一実施形態によると、変換チップは、複数の変換量子ビットを含む。図３Ａは、２つの変換量子ビット３０２、３０４を含む変換チップ３００の概略図である。変換量子ビット３０２、３０４のそれぞれは、マイクロ波－光周波数変換器３０６、３０８に結合されている。本発明の一実施形態によるマイクロ波－光周波数変換器３０６、３０８はそれぞれ、光領域で動作するように構成された共振器３１４、３１６に結合されたマイクロ波導波路３１０、３１２を含む。共振器３１４、３１６は、様々な形状、例えば、リング、レース・トラック、または８の字形を有することができる。共振器３１４、３１６はそれぞれ、光ポンプ線路３１８、３２０に結合されてもよい。 According to one embodiment of the invention, the transform chip includes a plurality of transform qubits. FIG. 3A is a schematic diagram of a transform chip 300 that includes two transform qubits 302,304. Each of the conversion qubits 302,304 is coupled to a microwave-to-optical frequency converter 306,308. Microwave-to-optical frequency converters 306, 308 according to one embodiment of the present invention each include microwave waveguides 310, 312 coupled to resonators 314, 316 configured to operate in the optical domain. The resonators 314, 316 can have various shapes, such as rings, racetracks, or figure eights. Resonators 314, 316 may be coupled to optical pump lines 318, 320, respectively.

図３Ｂは、本発明の一実施形態によるインターポーザ３２２の概略図である。インターポーザ３２２は、内部に２つの超伝導マイクロ波導波路３２６、３２８が形成された誘電体材料３２４を含む。 FIG. 3B is a schematic diagram of an interposer 322 according to one embodiment of the invention. Interposer 322 includes a dielectric material 324 with two superconducting microwave waveguides 326, 328 formed therein.

図３Ｃは、図３Ａの変換チップ３００と、図２Ｂに示す量子ビット・チップ２１２などの量子ビット・チップとに結合された図３Ｂのインターポーザ３２２の概略図である。超伝導マイクロ波導波路３２６、３２８は、量子情報をデータ量子ビット３３０から、変換量子ビット３０２、３０４を介してマイクロ波－光周波数変換器３０６、３０８に伝送するように構成されている。マイクロ波導波路３２６、３２８は、量子情報をデータ量子ビット３３０から、マイクロ波光子を介して変換量子ビット３０２、３０４に伝送する。本発明の実施形態は、図３Ａ～図３Ｃに示す例に示される特定の数のデータ量子ビット、超伝導マイクロ波導波路、および変換量子ビットに限定されない。 FIG. 3C is a schematic diagram of interposer 322 of FIG. 3B coupled to transform chip 300 of FIG. 3A and a qubit chip, such as qubit chip 212 shown in FIG. 2B. Superconducting microwave waveguides 326 , 328 are configured to transmit quantum information from data qubits 330 through conversion qubits 302 , 304 to microwave-to-optical frequency converters 306 , 308 . Microwave waveguides 326, 328 transmit quantum information from data qubits 330 to conversion qubits 302, 304 via microwave photons. Embodiments of the present invention are not limited to the specific number of data qubits, superconducting microwave waveguides, and conversion qubits shown in the examples shown in FIGS. 3A-3C.

本発明の一実施形態によると、複数のデータ量子ビットのそれぞれは、量子計算を実行するのに十分な緩和時間（Ｔ１）およびコヒーレンス時間（Ｔ２）を有する。本発明の一実施形態によるデータ量子ビットは、７５μｓを超えるＴ１時間およびＴ２時間を有することができる。本発明の一実施形態によるデータ量子ビットは、１００μｓ以上のオーダのＴ１時間およびＴ２時間を有することができる。 According to one embodiment of the invention, each of the plurality of data qubits has sufficient relaxation time (T1) and coherence time (T2) to perform quantum computation. A data qubit according to an embodiment of the invention may have T1 and T2 times greater than 75 μs. A data qubit according to an embodiment of the invention may have T1 and T2 times on the order of 100 μs or more.

本発明の一実施形態によると、複数の変換量子ビットのそれぞれは、マイクロ波－光周波数変換器の変換時間を超える緩和時間およびコヒーレンス時間を有する。例えば、マイクロ波－光周波数変換に必要な時間が約１０ｎｓ～１μｓの場合、変換量子ビットは、約３μｓ以上のオーダのＴ１時間およびＴ２時間を有することができる。本発明の一実施形態によると、マイクロ波－光周波数変換器の変換時間は、１μｓ未満である。本発明の一実施形態によると、変換量子ビットは、データ量子ビットのＴ１時間およびＴ２時間よりも小さいＴ１時間およびＴ２時間を有する。 According to one embodiment of the invention, each of the plurality of conversion qubits has relaxation and coherence times that exceed the conversion time of the microwave-to-optical frequency converter. For example, if the time required for microwave-to-optical frequency conversion is about 10 ns to 1 μs, the conversion qubit can have T1 and T2 times on the order of about 3 μs or greater. According to one embodiment of the invention, the conversion time of the microwave-to-optical frequency converter is less than 1 μs. According to one embodiment of the invention, the transform qubits have T1 and T2 times that are smaller than the T1 and T2 times of the data qubits.

本発明の一実施形態によると、変換チップは、電気光学材料、圧電材料、またはシリコン・オン・インシュレータ基板のうちの１つもしくは複数を含む基板を含む。本発明の一実施形態によると、マイクロ波－光周波数変換器は、例えば、膜などの光学機械システムを含む。 According to one embodiment of the invention, the conversion chip includes a substrate including one or more of an electro-optic material, a piezoelectric material, or a silicon-on-insulator substrate. According to one embodiment of the invention, the microwave-to-optical frequency converter comprises an opto-mechanical system, eg a membrane.

図１に示す構成の代替として、量子ビット・チップおよび変換チップは、インターポーザの同じ表面に結合されてもよい。図４は、インターポーザ４０６の同じ表面４０４に結合された量子ビット・チップ４００および変換チップ４０２の概略図である。 As an alternative to the configuration shown in FIG. 1, the qubit chip and conversion chip may be bonded to the same surface of the interposer. FIG. 4 is a schematic diagram of qubit chip 400 and conversion chip 402 coupled to the same surface 404 of interposer 406 .

図５は、量子情報の光変換を実行するための方法５００を示す流れ図である。方法５００は、マイクロ波周波数で動作するように構成された複数のデータ量子ビットを含む量子ビット・チップを提供すること（５０２）を含む。方法５００は、量子情報を複数のデータ量子ビットから、量子ビット・チップから離間された変換チップであって、マイクロ波－光周波数変換器を含む、変換チップに転送すること（５０４）を含む。方法５００は、量子ビット・チップと変換チップとの間に配置された誘電体インターポーザを使用して、複数のデータ量子ビットを迷光場から遮蔽しながら、量子情報のマイクロ波－光周波数変換を実行すること（５０６）と、量子情報を光周波数信号として出力すること（５０８）とを含む。 FIG. 5 is a flow diagram illustrating a method 500 for performing optical conversion of quantum information. Method 500 includes providing (502) a qubit chip including a plurality of data qubits configured to operate at microwave frequencies. The method 500 includes transferring (504) quantum information from a plurality of data qubits to a conversion chip spaced from the qubit chip, the conversion chip including a microwave-to-optical frequency converter. Method 500 performs microwave-to-optical frequency conversion of quantum information while shielding multiple data qubits from stray light fields using a dielectric interposer positioned between a qubit chip and a conversion chip. (506) and outputting (508) the quantum information as an optical frequency signal.

図６は、本発明の一実施形態による量子コンピュータ６００の概略図である。量子コンピュータ６００は、封じ込め容器６０２を備える真空下の冷却システムを含む。量子コンピュータ６００は、封じ込め容器６０２によって画定された冷却真空環境内に収容された量子ビット・チップ６０４を含む。量子ビット・チップ６０４は、マイクロ波周波数で動作するように構成された複数のデータ量子ビット６０６、６０８、６１０を含む。量子コンピュータ６００は、封じ込め容器６０２によって画定された冷却真空環境内に収容された変換チップ６１２を含む。変換チップ６１２は、量子ビット・チップ６０４から離間されており、マイクロ波－光周波数変換器を含む。量子コンピュータ６００は、封じ込め容器６０２によって画定された冷却真空環境内に収容されたインターポーザ６１４を含む。インターポーザ６１４は、量子ビット・チップ６０４および変換チップ６１２に結合されている。インターポーザ６１４は、内部に複数の超伝導マイクロ波導波路６１８、６２０、６２２が形成された誘電体材料６１６を含む。複数の超伝導マイクロ波導波路６１８、６２０、６２２は、量子情報を複数のデータ量子ビット６０６、６０８、６１０から変換チップ６１２上のマイクロ波－光周波数変換器に伝送するように構成され、マイクロ波－光周波数変換器は、この量子情報をマイクロ波周波数から光周波数に変換するように構成されている。 FIG. 6 is a schematic diagram of a quantum computer 600 according to one embodiment of the invention. Quantum computer 600 includes a cooling system under vacuum with containment vessel 602 . Quantum computer 600 includes a qubit chip 604 housed within a cooled vacuum environment defined by containment vessel 602 . Qubit chip 604 includes a plurality of data qubits 606, 608, 610 configured to operate at microwave frequencies. Quantum computer 600 includes a conversion chip 612 housed within a cooled vacuum environment defined by containment vessel 602 . A conversion chip 612 is spaced apart from qubit chip 604 and includes a microwave-to-optical frequency converter. Quantum computer 600 includes an interposer 614 housed within a cooled vacuum environment defined by containment vessel 602 . Interposer 614 is coupled to qubit chip 604 and transform chip 612 . Interposer 614 includes a dielectric material 616 having a plurality of superconducting microwave waveguides 618, 620, 622 formed therein. A plurality of superconducting microwave waveguides 618, 620, 622 are configured to transmit quantum information from the plurality of data qubits 606, 608, 610 to a microwave-to-optical frequency converter on conversion chip 612, - An optical frequency converter is arranged to convert this quantum information from microwave frequency to optical frequency.

本発明の一実施形態によると、誘電体材料６１６は、プリント回路板、有機ラミネート、シリコン・チップ、セラミック、ＦＲ－４などのガラス強化エポキシ・ラミネート材料、デュロイド、またはポリエーテル・エーテル・ケトン（ＰＥＥＫ）のうちの１つもしくは複数を含む。本発明の一実施形態によると、マイクロ波－光周波数変換器は、光周波数領域で動作するように構成されたデバイスに結合されたマイクロ波導波路を含む。変換チップ６１２は、図２の光ポンプ線路２０８などの、光周波数領域で動作するように構成されたデバイスに結合された光ポンプ線路をさらに含むことができる。光ポンプ線路は、量子情報を、封じ込め容器６０２によって画定された冷却真空環境から封じ込め容器６０２の外部に光周波数信号として伝送するように構成されてもよい。代替的または追加的に、光ポンプ線路は、量子情報を光周波数信号として、変換チップ６１２から、第２の量子ビット・チップに結合された第２の変換チップに伝送するように構成されてもよい。 According to one embodiment of the present invention, the dielectric material 616 is printed circuit board, organic laminate, silicon chip, ceramic, glass reinforced epoxy laminate material such as FR-4, duroid, or polyether ether ketone ( PEEK). According to one embodiment of the invention, a microwave-to-optical frequency converter includes a microwave waveguide coupled to a device configured to operate in the optical frequency domain. Conversion chip 612 may further include an optical pumpline coupled to a device configured to operate in the optical frequency domain, such as optical pumpline 208 in FIG. The optical pumpline may be configured to transmit quantum information from the cooled vacuum environment defined by containment vessel 602 to the exterior of containment vessel 602 as optical frequency signals. Alternatively or additionally, the optical pumpline may be configured to transmit quantum information as an optical frequency signal from conversion chip 612 to a second conversion chip coupled to the second qubit chip. good.

本発明の一実施形態による量子コンピュータは、複数のデータ量子ビット・チップ、変換チップ、およびインターポーザを含むことができる。さらに、本発明の実施形態は、図６に示す特定の数のデータ量子ビット、マイクロ波－光周波数変換器、および超伝導マイクロ波導波路に限定されない。 A quantum computer according to an embodiment of the present invention may include multiple data qubit chips, transform chips, and interposers. Furthermore, embodiments of the present invention are not limited to the specific number of data qubits, microwave-to-optical frequency converters, and superconducting microwave waveguides shown in FIG.

本発明の様々な実施形態の説明は、例示の目的で提示されてきたが、網羅的であることを意図するものではなく、または開示された実施形態に限定されることを意図するものではない。説明された実施形態の範囲から逸脱することなく、多くの修正および変形が当業者には明らかであろう。本明細書で使用される用語は、実施形態の原理、市場で見られる技術に対する実際の適用または技術的改善を最もよく説明するために、または当業者が本明細書に開示される実施形態を理解できるようにするために選択された。 The description of various embodiments of the invention has been presented for purposes of illustration, but is not intended to be exhaustive or limited to the disclosed embodiments. . Many modifications and variations will be apparent to those skilled in the art without departing from the scope of the described embodiments. The terms used herein are used to best describe the principles of the embodiments, practical applications or technical improvements over technology found on the market, or to allow those skilled in the art to understand the embodiments disclosed herein. Selected for clarity.

Claims (24)

量子情報の光変換のためのシステムであって、
マイクロ波周波数で動作するように構成された複数のデータ量子ビットを含む量子ビット・チップと、
前記量子ビット・チップから離間された変換チップであって、マイクロ波－光周波数変換器を備える前記変換チップと、
前記量子ビット・チップおよび前記変換チップに結合されたインターポーザであって、内部に複数の超伝導マイクロ波導波路が形成された誘電体材料を含む前記インターポーザと、
を備え、前記複数の超伝導マイクロ波導波路が、量子情報を前記複数のデータ量子ビットから前記変換チップ上の前記マイクロ波－光周波数変換器に伝送するように構成され、前記マイクロ波－光周波数変換器が、前記量子情報を前記マイクロ波周波数から光周波数に変換するように構成されている、システム。 A system for optical conversion of quantum information, comprising:
a qubit chip including a plurality of data qubits configured to operate at microwave frequencies;
a conversion chip spaced from the qubit chip, the conversion chip comprising a microwave-to-optical frequency converter;
an interposer coupled to the qubit chip and the conversion chip, the interposer comprising a dielectric material having a plurality of superconducting microwave waveguides formed therein;
wherein said plurality of superconducting microwave waveguides are configured to transmit quantum information from said plurality of data qubits to said microwave-to-optical frequency converter on said conversion chip; A system, wherein a converter is configured to convert said quantum information from said microwave frequency to optical frequency. 前記マイクロ波－光周波数変換器が、量子情報を前記光周波数から前記マイクロ波周波数に変換するようにさらに構成され、前記複数の超伝導マイクロ波導波路が、前記量子情報を前記変換チップ上の前記マイクロ波－光周波数変換器から前記複数のデータ量子ビットに伝送するように構成されている、請求項１に記載のシステム。 The microwave-to-optical frequency converter is further configured to convert quantum information from the optical frequency to the microwave frequency, and the plurality of superconducting microwave waveguides converts the quantum information to the microwave frequency on the conversion chip. 2. The system of claim 1, configured to transmit from a microwave-to-optical frequency converter to the plurality of data qubits. 前記マイクロ波－光周波数変換器が、光周波数領域で動作するように構成されたデバイスに結合されたマイクロ波導波路を備える、請求項１または２に記載のシステム。 3. The system of claim 1 or 2, wherein the microwave-to-optical frequency converter comprises a microwave waveguide coupled to a device configured to operate in the optical frequency domain. 前記光周波数領域で動作するように構成された前記デバイスが光共振器を備える、請求項３に記載のシステム。 4. The system of Claim 3, wherein the device configured to operate in the optical frequency domain comprises an optical resonator. 前記変換チップが前記光共振器に結合された光ポンプ線路をさらに備え、前記光ポンプ線路が前記量子情報を光周波数信号として伝送するように構成されている、請求項４に記載のシステム。 5. The system of claim 4, wherein the conversion chip further comprises an optical pump line coupled to the optical resonator, the optical pump line configured to transmit the quantum information as an optical frequency signal. 前記光周波数領域で動作するように構成された前記デバイスがバルク音響波共振器を備える、請求項３ないし５のいずれかに記載のシステム。 6. The system of any of claims 3-5, wherein the device configured to operate in the optical frequency domain comprises a bulk acoustic wave resonator. 前記光周波数領域で動作するように構成された前記デバイスが機械的カプラを備える、請求項３ないし６のいずれかに記載のシステム。 7. The system of any of claims 3-6, wherein the device configured to operate in the optical frequency domain comprises a mechanical coupler. 前記光周波数領域で動作するように構成された前記デバイスが膜を備える、請求項３ないし７のいずれかに記載のシステム。 8. The system of any of claims 3-7, wherein the device configured to operate in the optical frequency domain comprises a membrane. 前記変換チップが複数の変換量子ビットを備え、前記複数の変換量子ビットのうちの少なくとも１つが前記マイクロ波－光周波数変換器に結合され、前記複数の超伝導マイクロ波導波路が、量子情報を前記複数のデータ量子ビットから、マイクロ波光子を介して前記複数の変換量子ビットに伝送するように構成されている、請求項１ないし８のいずれかに記載のシステム。 said conversion chip comprising a plurality of conversion qubits, at least one of said plurality of conversion qubits being coupled to said microwave-to-optical frequency converter, said plurality of superconducting microwave waveguides converting quantum information to said 9. The system of any of claims 1-8, configured to transmit from a plurality of data qubits via microwave photons to the plurality of transform qubits. 前記変換チップが複数のマイクロ波－光周波数変換器をさらに備え、前記複数の変換量子ビットのそれぞれが、前記複数のマイクロ波－光周波数変換器のうちの１つに結合されている、請求項９に記載のシステム。 4. The conversion chip further comprising a plurality of microwave-to-optical frequency converters, each of the plurality of conversion qubits being coupled to one of the plurality of microwave-to-optical frequency converters. 9. The system according to 9. 前記複数のデータ量子ビットのそれぞれが、量子計算を実行するのに十分な緩和時間およびコヒーレンス時間を有し、前記複数の変換量子ビットのそれぞれが、前記マイクロ波－光周波数変換器の変換時間を超える緩和時間およびコヒーレンス時間を有する、請求項１０に記載のシステム。 each of the plurality of data qubits has a relaxation time and a coherence time sufficient to perform quantum computation; and each of the plurality of transform qubits has a transform time of the microwave-to-optical frequency converter. 11. The system of claim 10, having relaxation and coherence times greater than. 前記複数のデータ量子ビットのそれぞれが、７５μｓよりも大きい緩和時間およびコヒーレンス時間を有する、請求項１１に記載のシステム。 12. The system of claim 11, wherein each of the plurality of data qubits has relaxation and coherence times greater than 75 [mu]s. 前記マイクロ波－光周波数変換器の前記変換時間が１μｓ未満である、請求項１１に記載の量子情報の光変換のためのシステム。 12. The system for optical conversion of quantum information as recited in claim 11, wherein said conversion time of said microwave to optical frequency converter is less than 1 μs. 前記変換チップが電気光学材料を含む基板を備える、請求項１ないし１３のいずれかに記載のシステム。 14. The system of any of claims 1-13, wherein the conversion chip comprises a substrate comprising an electro-optic material. 前記変換チップが圧電材料を含む基板を備える、請求項１ないし１４のいずれかに記載のシステム。 15. The system of any of claims 1-14, wherein the transducer chip comprises a substrate comprising piezoelectric material. 前記変換チップがシリコン・オン・インシュレータ基板を備える、請求項１ないし１５のいずれかに記載のシステム。 16. The system of any of claims 1-15, wherein the conversion chip comprises a silicon-on-insulator substrate. 前記マイクロ波－光周波数変換器が光学機械システムを備える、請求項１ないし１６のいずれかに記載のシステム。 17. The system of any preceding claim, wherein the microwave-to-optical frequency converter comprises an opto-mechanical system. 前記インターポーザが、第１の表面と、前記第１の表面の反対側の第２の表面とを備え、前記量子ビット・チップが前記第１の表面に結合され、前記変換チップが前記第２の表面に結合されている、請求項１ないし１７のいずれかに記載のシステム。 The interposer has a first surface and a second surface opposite the first surface, the qubit chip is coupled to the first surface, and the conversion chip is coupled to the second surface. 18. The system of any of claims 1-17, wherein the system is bonded to a surface. 前記量子ビット・チップおよび前記変換チップが、前記インターポーザの同じ表面に結合されている、請求項１ないし１８のいずれかに記載のシステム。 19. The system of any of claims 1-18, wherein the qubit chip and the conversion chip are bonded to the same surface of the interposer. 前記誘電体材料が、Ｓｉウエハ、ＰＣＢ、ＰＥＥＫ、およびテフロン（Ｒ）のうちの１つまたは複数を含む、請求項１ないし１９のいずれかに記載のシステム。 20. The system of any of claims 1-19, wherein the dielectric material comprises one or more of Si wafer, PCB, PEEK, and Teflon. 量子情報の光変換を実行するための方法であって、
マイクロ波周波数で動作するように構成された複数のデータ量子ビットを含む量子ビット・チップを提供することと、
量子情報を前記複数のデータ量子ビットから、前記量子ビット・チップから離間された変換チップに転送することであって、前記変換チップがマイクロ波－光周波数変換器を備える、前記転送することと、
前記量子ビット・チップと前記変換チップとの間に配置された誘電体インターポーザを使用して、前記複数のデータ量子ビットを迷光場から遮蔽しながら、前記量子情報のマイクロ波－光周波数変換を実行することと、
前記量子情報を光周波数信号として出力することと、
を含む、量子情報の光変換を実行するための方法。 A method for performing optical conversion of quantum information, comprising:
providing a qubit chip including a plurality of data qubits configured to operate at microwave frequencies;
transferring quantum information from the plurality of data qubits to a conversion chip spaced from the qubit chip, the transferring chip comprising a microwave-to-optical frequency converter;
performing microwave-to-optical frequency conversion of the quantum information while shielding the plurality of data qubits from stray light fields using a dielectric interposer positioned between the qubit chip and the conversion chip. and
outputting the quantum information as an optical frequency signal;
A method for performing optical conversion of quantum information, comprising: 量子コンピュータであって、
封じ込め容器を備える真空下の冷却システムと、
請求項１ないし２０のいずれかに記載のシステムであって、前記封じ込め容器によって画定された冷却真空環境内に収容されている、前記システムと、
を備える、量子コンピュータ。 a quantum computer,
a cooling system under vacuum comprising a containment vessel;
21. The system of any of claims 1-20, wherein the system is housed within a cooled vacuum environment defined by the containment vessel;
Quantum computer. 前記光ポンプ線路が、前記量子情報を光周波数信号として、前記封じ込め容器によって画定された前記冷却真空環境から前記封じ込め容器の外部に伝送するように構成されている、請求項２１に記載の量子コンピュータ。 22. The quantum computer of claim 21, wherein the optical pump line is configured to transmit the quantum information as an optical frequency signal from the cooled vacuum environment defined by the containment vessel to the exterior of the containment vessel. . 前記変換チップが、前記光リング共振器に結合された光ポンプ線路をさらに備え、前記光ポンプ線路が、前記量子情報を光周波数信号として、前記変換チップから第２の量子ビット・チップに結合された第２の変換チップに伝送するように構成されている、請求項２１ないし２３のいずれかに記載の量子コンピュータ。 The conversion chip further comprises an optical pump line coupled to the optical ring resonator, the optical pump line coupling the quantum information as an optical frequency signal from the conversion chip to a second qubit chip. 24. A quantum computer as claimed in any one of claims 21 to 23, arranged to transmit to a second converter chip.
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